数字存储示波器加快电源设计的验证与测试

电源 MOSFET|0">MOSFET、稳压器、控制电路的进步使开关电源变得更小，并使功率密度超过 1 W/in3，而效率则超过 90%。产品寿命周期正在迅速缩短，竞争则变得更严酷。当各种设计彼此相似时，更短的上市时间或生产周期能起到制胜作用。利用数字示波器独特的特性，工程师现在可以在相当程度上缩短电源测试时间。

数字存储示波器 (DSO|0">DSO) 获取数字序列形式的波形，由此促成了许多复杂计算的自动化。对电源测试有用的 DSO 属性包括：
DSO 能在多达 4 条通道上同步记录单次出现的现象，例如通电、断电或失效状况。

几乎所有 DSO 都能自动计算脉冲参数，并执行基本的波形数学运算（求和、差、积、比率）。多数 DSO 还能执行更复杂的数学运算，包括积分、微分、指数函数和对数计算、扩展平均、数字滤波，以及确定极值和 FFT（ 快速傅立叶变换）。

除了能存储基准波形的内部硬盘驱动器以外，多数 DSO 还允许使用外部存储设备，目前通常是兼容 USB 的记忆棒的形式。因此，用户能把波形作为图形文件保存起来，并创建高质量的硬拷贝。

DSO 提供多种触发能力。它们能在出现故障状况时触发，并使用户能查看触发前的数据，以便了解导致故障的状况。

多数 DSO 都把仪器设置保存在非易失存储器中。用户能轻松通过人工或在电脑控制之下重新调用这些设置。预先定义的设置可以是全自动（或半自动）测试序列的一部分，因此无需耗时的人工调节。

DSO 一般提供几类自动"合格或不合格"测试。用户可以定义一个掩模波形，并规定任何输入波形必须被包含在该掩模之内。用户也可以选择一组波形参数，示波器针对预先确定的限度进行自动计算并比较。如果波形或参数落在预期限度之外，则示波器可以采取几种行动，包括冻结显示画面、保存或打印异常波形副本、向有关工程师发送电子邮件或即时消息，或者发声音警报。DSO 还可以对合格或不合格事件的统计数据进行跟踪。

图1 显示了某种多电压电源中的通电瞬变。对所有这类瞬变的同时监视可用来核实任何相位移动是否在可接受限度内。事实上，任何电压失衡都可能损坏负载电路。您还可以自动计算开关时间，如图1所示。

这是一次保持

保持时间是在失去交流电源之后，在满负载状态下，输出电压保持稳定的时间。数字示波器之所以是测量保持时间的理想仪器，是因为它同时具有强大的触发系统和单次记录能力。（这项任务通常需要一台具有大容量存储器的示波器。）一些制造商把触发条件称作"瞬断触发"。当交流线路上的脉冲列消失时间超过规定的时间长度时，示波器就会触发。

在通电时，电源吸收的输入电流表现出的尖峰不应该超过允许的最大输入电流。示波器使用一个双斜率触发器。换句话说，倘若脉冲振幅超过 0.5V，则示波器将对输入脉冲的任何一个斜率在 1 号通道上触发。示波器能用两种方式自动测试浪涌电流。它能计算电流峰值并核实它是否小于预设限度，或者能把全部电流波形与基准掩模比较（欧洲电信标准 pr ETS 300 132 这样要求）。如果测试不合格，即如果浪涌电流超过设置的限度，则可能采取几项行动。

示波器能通过记录电源输入端的电压和电流波形来计算功率，从而纠正任何由不同的电流和电压探头长度引起的时序移位。示波器然后必须逐点对波形做乘法，来提供输入功率波形，它从该波形能自动计算平均（直流）值。输出功率（也是直流值）与平均输入功率之比就是电源效率。

DSO 能对电源的高频开关噪声做单次测量，并能计算波形的 FFT。对输出噪声的频率分析能提供关于噪声起源的宝贵信息。

在开关电源中，开关晶体管经常是承受压力最大的元件，务必要核实它们的工作点位于安全工作区域内。漏极至源极电压迹线与源极电流迹线的乘积表明了晶体管内部的功耗。您也可以完全自动执行安全工作区域测试。通过选择峰峰参数并把它应用到功耗迹线，用户就能规定最大峰峰功率。如果测试不合格，则示波器能停止采集，打印出不合格波形，或把它保存在存储器中，并发出蜂鸣或用其它方式通知用户。 在另一种自动测试方法中，用户简单地获得采集的波形并规定预期公差。当测试启动时，示波器核实所有输入波形是否落在掩模内。如果不合格，则示波器可以采取上述的任何行动。

作者简介
Dan Strassberg 拥有伦斯勒理工学院（位于纽约州特洛伊）的电气工程学士学位和麻省理工学院（位于坎布里奇）的电气工程硕士学位。他自从 1987 年以来一直为 EDN 进行测试与测量方面的报道。

参考文献
A. LeCroy Corp, Benefits of digital oscillos copes in power-supply design and testing, www.lecroy.com/tm/library/AppNotes/PrwSuplyTest/default.asp?menuid=3